Comment une diode à jonction PN agit-elle comme un interrupteur ?

Une diode à jonction PN peut agir comme un commutateur en exploitant ses caractéristiques de polarisation directe et inverse. En polarisation directe, lorsque la diode est connectée de telle sorte que la borne positive de la source de tension soit appliquée au matériau de type P et la borne négative au matériau de type N, la diode permet au courant de circuler facilement (elle conduit). Cela revient à fermer un interrupteur, car la tension appliquée aux bornes de la diode surmonte la barrière de potentiel intégrée, permettant au courant de passer avec une résistance minimale. Cette condition de polarisation directe allume effectivement la diode en tant que commutateur conducteur.

A l’inverse, en polarisation inverse, lorsque la diode est connectée avec la borne positive de la source de tension au matériau de type N et la borne négative au matériau de type P, la diode ne conduit pas de courant (elle agit comme un interrupteur ouvert) . En effet, la polarisation inverse augmente la largeur de la région d’appauvrissement au sein de la jonction PN, ce qui rend difficile la circulation du courant. De ce fait, la diode reste non conductrice, se comportant comme un interrupteur ouvert.

Les diodes sont des composants essentiels des circuits redresseurs, qui convertissent le courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Il existe deux principaux types de redresseurs : les redresseurs demi-alternance et les redresseurs double-alternance.

Un redresseur demi-onde utilise une diode à jonction PN pour conduire le courant uniquement pendant la moitié du cycle CA. Pendant le demi-cycle positif de la tension d’entrée CA, la diode est polarisée en direct et conduit le courant, lui permettant de passer jusqu’à la résistance de charge. Pendant le demi-cycle négatif, la diode est polarisée en inverse et bloque le flux de courant. Il en résulte une forme d’onde de sortie rectifiée en demi-onde, ce qui signifie qu’elle ne conserve que les demi-cycles positifs de la forme d’onde CA d’entrée.

Un redresseur double alternance, en revanche, utilise deux diodes (dans une configuration telle qu’un redresseur à prise centrale ou en pont) pour redresser les deux moitiés de la forme d’onde d’entrée CA. Dans un pont redresseur, par exemple, quatre diodes forment une configuration en pont qui permet au courant de circuler à travers la résistance de charge pendant les deux moitiés du cycle CA, ce qui donne une forme d’onde entièrement redressée (tous les demi-cycles négatifs et positifs sont convertis en positif).

Une diode idéale agit comme un interrupteur de manière à conduire le courant avec une chute de tension directe nulle et à bloquer complètement le courant en polarisation inverse sans aucune fuite. En termes pratiques, aucune diode n’est entièrement idéale, mais des modèles de diodes idéales sont utilisés dans l’analyse des circuits pour simplifier les calculs et comprendre le comportement de commutation de base sans prendre en compte les chutes de tension des diodes ou les courants de fuite inverses.

En résumé, une diode à jonction PN agit comme un interrupteur en utilisant sa capacité à conduire le courant en polarisation directe (interrupteur fermé) et à bloquer le courant en polarisation inverse (interrupteur ouvert). Cette caractéristique est cruciale dans les circuits redresseurs où les diodes sont utilisées pour convertir le courant alternatif en courant continu en redressant la forme d’onde d’entrée, soit partiellement (rectification demi-onde), soit entièrement (rectification pleine onde), selon la configuration du circuit.

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